WO2022029376A1 - Method for supervising the energy of an electrical system provided with controllable loads - Google Patents

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WO2022029376A1
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supervision
electrical system
electrical
loads
voltage
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PCT/FR2021/051258
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Vincent COURTECUISSE
Léo COUTARD
Benoît ROBYNS
Arnaud DAVIGNY
Abderrahman BENCHEKROUN
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Geredis Deux Sevres
Yncrea Hauts De France
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Publication date
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Definitions

  • the invention lies in the field of electrical system supervision methods.
  • the invention also relates to an electrical supervision device and a system comprising the supervision device according to the invention. Finally, it relates to a computer program product implementing the supervision method according to the invention.
  • a method for supervising an electrical system comprising an electrical network supplied by at least one high to medium voltage transformer, and electrical loads supplied via medium transformers at low voltage and comprising at least one controllable load, local energy sources.
  • the method according to the first aspect of the invention comprises the following steps:
  • controllable load supervision setpoints said supervision setpoints being determined at the current instant, o in the first selected mode, from an overall power profile of the loads, which has been predetermined as a function power forecasts at high to medium voltage transformers, o in the second mode selected, from the values acquired at the current time of the power at high to medium voltage transformers and the state of charge of the controllable load.
  • the method according to the first aspect of the invention further comprises a step prior to a step E5 of applying to the electrical system said supervision instructions resulting from said calculation, comprising the steps of:
  • the method for supervising an electrical system further comprises the following steps:
  • the supervision method of claim can be provided with electrical loads of a second subset of the part of electrical loads which have no sensor or remote reading means, the method according to the first aspect of the invention comprising an additional step of reconstitution and recording in a memory of the temporal power curve of each of said electrical loads of the second subset, said calculation of supervision instructions taking into account on the one hand said acquired data and on the other apart from said time curves.
  • the method for supervising an electrical system may comprise at least one local energy source equipped with a remote reading means, and an acquisition of the active and reactive powers at the level of these sources.
  • local energy sources the step of calculating the virtual state further determining a virtual state of a digital model of the electrical system at the current instant, by modifying the active and reactive power setpoints at the level of said sources of energy by considering the sensitivity of the voltage and current of their connection points with respect to the active and reactive power injected, and reapplying said step of calculating the virtual state of the digital model by applying said modified supervision instructions.
  • a device for supervising an electrical system comprising acquisition means configured to acquire the various data implemented in a step of a method according to any one of the preceding claims, calculation means configured to perform the calculations performed by the calculation steps of said method and actuating means configured to apply the various supervision instructions of said method.
  • an electrical system comprising a device for supervising said electrical system in accordance with the second aspect of the invention.
  • a computer program product is proposed, downloadable from a communication network and/or stored on a computer-readable medium and/or executable by a microprocessor, and loadable into an internal memory of a computing unit, comprising program code instructions which, when executed by the computing unit, implement the steps of the method according to the first aspect of the invention, or one or more of its improvements.
  • Figure 1 schematically represents a system according to one embodiment of the invention
  • Figure 2 schematically represents a method according to one embodiment of the invention
  • Figure 3 represents more precisely one of the steps of the process shown in Figure 2.
  • variants of the invention may in particular be considered comprising only a selection of characteristics described, subsequently isolated from the other characteristics described, if this selection of characteristics is sufficient. to confer a technical advantage or to differentiate the invention from the state of the prior art.
  • This selection includes at least one characteristic, preferably functional without structural details, or with only part of the structural details if only this part is sufficient to confer a technical advantage or to differentiate the invention from the state of the prior art.
  • Figure 1 illustrates an embodiment of a system 1 according to the invention.
  • the system according to the invention comprising an electrical system 100 and a supervision device 200 according to the invention of the electrical system 100.
  • HVB high voltage level B
  • HV high voltage level A
  • LV low voltage
  • the level B high voltage field targets voltages above 50 kV.
  • the level A high voltage field targets voltages greater than 1 kv and less than 50 kv.
  • the low voltage field targets voltages below 1000V.
  • high voltage for the voltage range from 69 kV to 230 kV
  • medium voltage for the voltage range from 600 V to 69 kV
  • low voltage for voltages below 600 V.
  • medium to low voltage voltage transformer By medium to low voltage voltage transformer, the present description aims at a transformer suitable for transforming a voltage in the medium voltage domain into a voltage in the low voltage domain.
  • the medium to low voltage voltage transformer is connected both to a level A secondary distribution board on the side of the level A high voltage domain, and to a board main low voltage distribution side of the low voltage area.
  • the medium to low voltage voltage transformer is also referred to as MV/LV transformer by those skilled in the art.
  • the electrical network is supplied on the one hand by at least one high to medium voltage transformer, and on the other hand by a plurality of local energy sources.
  • local means that the source is connected to the MV or LV voltage range
  • the present description aims at a transformer suitable for transforming a voltage in the high voltage domain into a voltage in the medium voltage domain.
  • the high to medium voltage voltage transformer is connected both to a level B delivery station on the level B high voltage domain side, and to a main high voltage distribution board. level A voltage on the side of the level A high voltage domain.
  • this description aims, in a non-limiting way, at wind and photovoltaic energy sources connected to the network. This description also considers the return of energy to the network by an electric vehicle, which is then seen as a source of energy.
  • the electrical system 100 includes:
  • HTB/MV substation referenced 102 also called a source substation
  • an electrical network 108 functionally arranged between the two high to medium voltage transformers, respectively 1022 and 1024, and the two loads, respectively 1062 and 1064,
  • renewable energy source such as wind power 110
  • the wind-type renewable energy source 110 is not necessary for the implementation of the invention and is only introduced to illustrate a local source of energy.
  • the electrical network 108 is supplied on the one hand by the two high to medium voltage transformers, respectively 1022 and 1024
  • the remote-controlled switches 1122 and 1124 are normally closed (but represented normally open in the diagram), and carry the current from the transformer 1022, respectively 1024, towards a main MV distribution board 1082, respectively 1084.
  • Remote switch 1126 is normally open. However, it is possible to reconfigure the network, by closing switch 1126 as soon as one of the two switches 1122 or 1124 is open.
  • the main MV distribution board 1082, respectively 1084, can then be supplied by another transformer.
  • the electrical network is also powered by the wind-type renewable energy source 110.
  • the renewable energy source is connected to the main HTA 1082 distribution board.
  • Each of the transformers, respectively 1042, 1044, from high to medium voltage is connected to the substation 102 via the HTA line, also called the HTA start, arranged between the transformer and the main distribution board 1082 or 1084.
  • HTA line also called the HTA start
  • Each of the electrical loads, respectively 1062 and 1064, is connected to a main low voltage distribution board, 1082, respectively 1084, via a transformer, respectively 1042, 1044, from high to low voltage.
  • a controllable load 1267 for example an electric water heater or an electric vehicle, can also be connected to the main switchboard. distribution 1084 through the intermediary of the transformer 1042 from high to low voltage.
  • a controllable load is equipment whose power supply can be shifted over time.
  • a domestic hot water tank, an electric radiator, an electric vehicle battery, a swimming pool heat pump is an example of a controllable load.
  • the load can be controlled by means of specific instructions sent via a supervision system, this control will take into account the state of the network.
  • the high to low voltage transformer 1046 is connected to the main MV distribution board 1084 via a secondary low voltage distribution board 1086.
  • photovoltaic productions on residential roofs or production parks, respectively 1265 and 1266, can form part of the network.
  • the electrical network also includes another remote-controlled switch 1128 (normally open) arranged to selectively choose the energy supply to the load 1162 from two MV outgoing lines.
  • another remote-controlled switch 1128 normally open arranged to selectively choose the energy supply to the load 1162 from two MV outgoing lines.
  • the electrical system 100 further comprises counting or telemetry means.
  • metering means can be arranged at a source, such as means 1142, at an MV outgoing level such as means 1144, or even at a load such as means 1146 and 1148, respectively associated with the load 1064 and 1062.
  • the counter 1148 can be of the electronic counter type and indicate a consumption index.
  • the remote reading means can be wired, for example by using a telephone line or by using the carrier current online.
  • the remote reading means can be wireless, for example using a GSM type technology, for English Global System for Mobile communications.
  • the supervision device 200 comprises: - acquisition means 202 configured to acquire data from the electrical system 100,
  • the supervision device 200 is often called a Supervisory Control and Data Acquisition or SCADA system.
  • the particularity of the invention lies in particular in the configuration of the calculation means for determining the supervision instructions.
  • the supervision device 200 can also comprise reception means 208 (not shown) for electricity pricing.
  • the calculation means 204 can be configured to implement artificial intelligence tools (for example neural networks, fuzzy logic) to determine the supervision instructions from a method according to the invention, and/or pricing of the electricity recovered by the receiving means 208.
  • artificial intelligence tools for example neural networks, fuzzy logic
  • the method P1 includes an acquisition step E1.
  • the acquisition step E1 comprises the following steps, implemented via the acquisition means 202:
  • the method P1 comprises a step E2 of determining a digital model at the current instant of the electrical system, from the data acquired during the step E1 and of determining supervision instructions (artificial intelligence tools allow consolidate the results and eliminate missing and/or erroneous data).
  • the method P1 comprises a step E3 comprising a virtual digital application of the supervision instructions to the digital model at the current instant.
  • a virtual state of the digital model at a later time is thus determined from a digital model at the current time of the electrical system.
  • the method P1 includes a step E4 of verifying the compliance of the virtual state at a later time with the network operating domain.
  • the network operating domain is the space in terms of voltage, thermal constraints of lines and transformers within which the electrical network can operate safely. If the electrical network is switched on operating outside its area of operation, its structure risks being damaged or even destroyed.
  • step E5 comprising an application of the supervision instructions to the electrical system 100.
  • the supervision setpoint can be applied to a load, an energy source or an energy storage.
  • the supervision setpoint can be a power modulation setpoint.
  • the power modulation can, for example, be a shedding instruction.
  • a load, a source, or a storage can be erased.
  • the method P1 continues with a step E6 of determining modified supervision setpoints.
  • Step E6 is then continued by step E3, which then includes a digital application of the supervision setpoints modified to the digital model at the current instant.
  • the supervision instructions can include instructions for controlling the state of the switches. It is thus possible to reconfigure the electrical network.
  • the supervision setpoints can include setpoints for controlling the state of local energy sources.
  • the command instructions can for example include instructions for clipping the state of a renewable energy source.
  • renewable energy source this description designates, for example, a wind, photovoltaic, small hydropower source (over the water), or waste, by waste recovery, for example anaerobic digestion.
  • the supervision instructions can then include instructions for controlling the state of at least one storage device.
  • step E3 a new virtual state of the digital model is thus determined at a later time from the current state and the modified setpoints.
  • the verification of step E4 is then performed.
  • the electrical network is modeled according to a very fine level of granularity, and it is possible to deliver various supervision instructions, such as power modulation instructions, control of the state of the switches, controlling the state of the local energy sources or even controlling the state of at least one storage device.
  • Figure 3 illustrates more precisely the operation of the part of step E2 for determining supervision instructions.
  • Step E2 includes a first sub-step E20 of determining a digital model at the current instant of the electrical system, from the data acquired during step E1.
  • the data acquired in step E1 can be consolidated and it is possible to overcome missing and/or erroneous data.
  • Several classic techniques based on AI for Artificial Intelligence exist. They are not further described, because they are not the subject of the invention.
  • the method comprises a determination of the difference between data representative of the state of the electrical system resulting from the digital model at the current instant and a forecast of the state of the current electrical system.
  • the data representative of the state of the electrical system at the current time comes from step E1 and includes in particular:
  • the forecast of the state of the electrical system at the current instant can be carried out according to various methods, one of which is detailed below.
  • Sub-step E21 further includes the following comparison step:
  • the predetermined threshold is around 5%.
  • the supervision setpoints are determined, in a sub-step E22, from a predetermined load profile Po comprising a series of supervision setpoints.
  • the predetermined load profile can be achieved by various methods, one of which is detailed below.
  • the supervision setpoints are determined, in a sub-step E23, from the acquired active values of the voltage and of the current at the level of the high to medium voltage transformer as well as the state of charge estimated VE/BEC.
  • the state of charge can be estimated, for electric vehicles, according to their charging times and customer utilization rates modeled by normal laws, while for hot water tanks, the state of charge is estimated from energy needs determined from customer hot demand statistics.
  • the fuzzy logic describes the state of these different quantities by membership functions and a set of rules is defined in order to maximize the load of the VE/BEC during the backflow periods and limit it in the opposite case.
  • an additional layer makes sure to meet the daily energy needs of the VE/BEC by forcing the load if necessary.
  • the additional layer makes it possible to guarantee charging of an electric vehicle for a predetermined time, for example no later than 6:30 a.m. for vehicles charged at homes and 3 p.m. for those charged at workplaces, if the estimated charging time is from 4:00 a.m.
  • Power forecasting at the source substation can be carried out using artificial neural networks using the history of measurements and weather parameters to establish correlations and predict future values.
  • Such an optimization algorithm can for example be the successive quadratic optimization making it possible to solve a nonlinear optimization problem.
  • the inputs to the algorithm are the power profile provided for the source substation and the data required to calculate the energy delivery cost, such as the subscribed power, tariff coefficients, etc.
  • the outputs are the load profiles of the controllable loads.
  • the objective function to be minimized is the cost of daily energy transmission, subject to the constraints of a full charge of the controllable loads before predetermined deadlines.

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  • Remote Monitoring And Control Of Power-Distribution Networks (AREA)
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Abstract

A method for supervising an electrical system (100) comprising loads (1062, 1064), a network (108) and sources (110), the loads being connected to the network via a transformer (1042, 1044,1046) having a high to medium voltage, which is supplied by at least one transformer (1022, 1024) and at least one local source (110), the method comprising acquiring data at different points of the system, and calculating supervision setpoints from the acquired data, according to an operating mode of the supervisor.

Description

DESCRIPTION DESCRIPTION
Titre : PROCEDE DE SUPERVISION ENERGETIQUE D’UN SYSTEME ELECTRIQUE EQUIPE DE CHARGES PILOTABLES Title: PROCESS FOR ENERGY SUPERVISION OF AN ELECTRICAL SYSTEM EQUIPPED WITH CONTROLLED LOADS
Domaine technique Technical area
L’invention se situe dans le domaine des procédés de supervision d’un système électrique. The invention lies in the field of electrical system supervision methods.
L’invention concerne également un dispositif de supervision électrique et un système comportant le dispositif de supervision selon l’invention. Elle concerne enfin un produit programme d’ordinateur mettant en œuvre le procédé de supervision selon l’invention. The invention also relates to an electrical supervision device and a system comprising the supervision device according to the invention. Finally, it relates to a computer program product implementing the supervision method according to the invention.
État de la technique antérieure State of the prior art
Depuis quelques années, les réseaux de distribution de l’énergie électrique sont au cœur des évolutions énergétiques et environnementales qui touchent notre société. En effet, de nombreuses applications exploitent le vecteur électrique afin d’accroître leur efficacité énergétique. C’est en particulier le cas des véhicules électriques ou du chauffage par pompes à chaleur. La diminution de la consommation énergétique des ménages et des industries s’accompagne souvent d’un accroissement de la part électrique de cette consommation. Le réseau électrique de distribution voit donc accroître l’évolution de son utilisation. Parallèlement, le consommateur domestique ou industriel alimenté par le réseau de distribution participe de plus en plus à la production d’énergie électrique, souvent d’origine renouvelable. Cette production n’est pas nécessairement en concomitance avec la consommation électrique ; de l’énergie est alors refoulée sur le réseau de distribution, voire le réseau de transport. En l’absence de maîtrise de ces évolutions, les contraintes sur les ouvrages amèneraient au renforcement du réseau de distribution en augmentant le nombre et les dimensions des lignes et des postes électriques avec des coûts élevés et des conséquences dommageables pour l’environnement. Cette stratégie serait également un véritable frein au développement des véhicules électriques alors que l’avantage majeur des véhicules électriques est sa faible émission de CO2. En effet les emissions de CO2 de ce type de véhiculé dependent de la teneur de CO2 de l’énergie électrique les alimentant, l’idéal étant que la charge de ces véhicules soit réalisée à base d’énergie renouvelable. For several years now, electrical energy distribution networks have been at the heart of energy and environmental developments affecting our society. Indeed, many applications exploit the electric vector in order to increase their energy efficiency. This is particularly the case for electric vehicles or heating by heat pumps. The reduction in the energy consumption of households and industries is often accompanied by an increase in the electricity share of this consumption. The electrical distribution network is therefore seeing an increase in the development of its use. At the same time, the domestic or industrial consumer supplied by the distribution network participates more and more in the production of electrical energy, often of renewable origin. This production does not necessarily coincide with electricity consumption; energy is then sent back to the distribution network, or even the transmission network. In the absence of control of these developments, the constraints on the structures would lead to the reinforcement of the distribution network by increasing the number and dimensions of the lines and electrical substations with high costs and harmful consequences for the environment. This strategy would also be a real brake on the development of electric vehicles, while the major advantage of electric vehicles is their low CO2 emissions. In fact, the CO2 emissions of this type of vehicle depend on the CO2 content of the electrical energy supplying them, the ideal being that these vehicles be charged using renewable energy.
On connaît des procédés de supervision d’un réseau électrique dans l’art antérieur, tel que celui décrit par le document US8401709B2 qui concerne un système permettant de gérer et de contrôler de manière dynamique les ressources énergétiques distribuées dans un réseau de transport/distribution.Methods for supervising an electrical network are known in the prior art, such as that described by document US8401709B2 which relates to a system making it possible to dynamically manage and control the energy resources distributed in a transport/distribution network.
Toutefois, cette solution n’est pas totalement satisfaisante, car le système de gestion ne prend pas en compte l’état électrique du réseau de distribution dans le contrôle dynamique des ressources énergétiques distribuées. Aussi, le système de gestion ne propose pas d’intégrer de stratégie de reconfiguration de réseau. However, this solution is not completely satisfactory, because the management system does not take into account the electrical state of the distribution network in the dynamic control of the distributed energy resources. Also, the management system does not offer to integrate a network reconfiguration strategy.
Exposé de l’invention Disclosure of Invention
Selon le premier aspect de l’invention, il est proposé un procédé de supervision d’un système électrique comprenant un réseau électrique alimenté par au moins un transformateur de haute à moyenne tension, et des charges électriques alimentées par l’intermédiaire de transformateurs de moyenne à basse tension et comportant au moins une charge pilotable, des sources d’énergie locales. According to the first aspect of the invention, there is proposed a method for supervising an electrical system comprising an electrical network supplied by at least one high to medium voltage transformer, and electrical loads supplied via medium transformers at low voltage and comprising at least one controllable load, local energy sources.
Le procédé selon le premier aspect de l’invention comporte les étapes suivantes : The method according to the first aspect of the invention comprises the following steps:
- acquisition E11 de valeurs efficaces moyennées, sur un intervalle de temps prédéterminé, de la tension et du courant au niveau des transformateurs de haute à moyenne tension afin d’en calculer les puissances actives et réactives, - acquisition E11 of average rms values, over a predetermined time interval, of the voltage and current at high to medium voltage transformers in order to calculate their active and reactive powers,
- acquisition E12 de valeurs efficaces moyennées, sur ledit intervalle de temps prédéterminé, actives de la tension et du courant à la tête de chaque départ raccordé aux transformateurs de haute à moyenne tension afin d’en calculer les puissances actives et réactives, - acquisition E12 of average effective values, over said predetermined time interval, of the active voltage and current at the head of each feeder connected to the high to medium voltage transformers in order to calculate the active and reactive powers,
- détermination E13 de l’écart entre les acquisitions à un instant courant et une prévision préalable de ces grandeurs, et réalisation de la comparaison suivante : o si ledit écart est inferieur ou égal a un seuil predetermine, selection d’un premier mode, o si ledit écart est supérieur audit seuil prédéterminé, sélection d’un second mode, - determination E13 of the difference between the acquisitions at a current instant and a prior forecast of these quantities, and performance of the following comparison: o if said difference is less than or equal to a predetermined threshold, selection of a first mode, o if said difference is greater than said predetermined threshold, selection of a second mode,
- une étape de calcul de consignes de supervision des charges pilotables, lesdites consignes de supervision étant déterminées à l’instant courant, o dans le premier mode sélectionné, à partir d’un profil de puissance global des charges, qui a été prédéterminé en fonction des prévisions de puissance au niveau des transformateurs de haute à moyenne tension, o dans le deuxième mode sélectionné, à partir des valeurs acquises à l’instant courant de la puissance au niveau des transformateurs de haute à moyenne tension et l’état de charge des charge pilotable. - a step of calculating controllable load supervision setpoints, said supervision setpoints being determined at the current instant, o in the first selected mode, from an overall power profile of the loads, which has been predetermined as a function power forecasts at high to medium voltage transformers, o in the second mode selected, from the values acquired at the current time of the power at high to medium voltage transformers and the state of charge of the controllable load.
Le procédé selon le premier aspect de l’invention comporte en outre une étape préalable à une étape d’application E5 au système électrique desdites consignes de supervision résultant dudit calcul, comprenant les étapes de : The method according to the first aspect of the invention further comprises a step prior to a step E5 of applying to the electrical system said supervision instructions resulting from said calculation, comprising the steps of:
- calculer E3 un état virtuel d’un modèle numérique du système électrique à à l’instant courant et en appliquant les consignes de supervision calculées, ledit état virtuel étant représenté par les tensions et courants estimés aux points de connexion des transformateurs de moyenne à basse tension et des sources d’énergie locales à partir des acquisitions effectuées à l’étape E12, et des propriétés électriques dudit modèle numérique, et réalisation de la comparaison suivante : o si l’état virtuel ainsi calculé s’inscrit dans le domaine d’exploitation du réseau, appliquer lesdites consignes de supervision, o sinon, modifier lesdites consignes de supervisions en considérant la sensibilité de la tension et du courants des points de raccordement des transformateurs de moyenne à basse tension par rapport à la puissance des charges raccordées en aval, et réappliquer ladite étape de calcul de l’état virtuel du modèle numérique à l’instant ultérieur à partir desdites consignes de supervision modifiées. Selon une possibilité, le procédé de supervision d un système electnque selon le premier aspect de l’invention comporte en outre les étapes suivantes : - calculate E3 a virtual state of a digital model of the electrical system at the current time and by applying the calculated supervision instructions, said virtual state being represented by the estimated voltages and currents at the connection points of the medium to low transformers local voltage and energy sources from the acquisitions made in step E12, and from the electrical properties of said digital model, and performance of the following comparison: o if the virtual state thus calculated falls within the domain of operation of the network, apply said supervision instructions, o otherwise, modify said supervision instructions by considering the sensitivity of the voltage and currents of the connection points of the medium to low voltage transformers in relation to the power of the loads connected downstream, and reapplying said step of calculating the virtual state of the digital model at the subsequent instant from said supervision instructions mod ified. According to one possibility, the method for supervising an electrical system according to the first aspect of the invention further comprises the following steps:
- acquisition de valeurs, sur ledit intervalle de temps prédéterminé, des puissances actives et réactives, au niveau d’un premier sous-ensemble du système, chacune des charges électriques et des sources d’énergie locales dudit premier sous-ensemble étant équipée d’un moyen de télérelève, - acquisition of values, over said predetermined time interval, of the active and reactive powers, at the level of a first subassembly of the system, each of the electrical loads and local energy sources of said first subassembly being equipped with a means of remote reading,
- acquisition de l’historique des données de comptage d’énergie sur un second intervalle de temps de chacune des charges électriques et des sources d’énergie locales n’appartenant pas au premier sous-ensemble.- acquisition of the history of energy metering data over a second time interval of each of the electrical loads and local energy sources not belonging to the first subset.
En particulier, le procédé de supervision la revendication peut être doté, de charges électriques d’un deuxième sous-ensemble de la partie de charges électriques qui sont dépourvues de capteur ou de moyen de télérelève, le procédé selon le premier aspect de l’invention comportant une étape additionnelle de reconstitution et d’enregistrement dans une mémoire de la courbe temporelle de puissance de chacune desdites charges électriques du second sous-ensemble, ledit calcul de consignes de supervision prenant en compte d’une part lesdites données acquises et d’autre part lesdites courbes temporelles. In particular, the supervision method of claim can be provided with electrical loads of a second subset of the part of electrical loads which have no sensor or remote reading means, the method according to the first aspect of the invention comprising an additional step of reconstitution and recording in a memory of the temporal power curve of each of said electrical loads of the second subset, said calculation of supervision instructions taking into account on the one hand said acquired data and on the other apart from said time curves.
Avantageusement, le procédé de supervision d’un système électrique selon le premier aspect de l’invention peut comporter au moins une source d’énergie locale équipée d’un moyen de télérelève, et une acquisition des puissances actives et réactives au niveau de ces sources d’énergie locales, l’étape de calcul de l’état virtuel déterminant en outre un état virtuel d’un modèle numérique du système électrique à l’instant courant, en modifiant les consignes de puissance active et réactive au niveau desdites sources d’énergie en considérant la sensibilité de la tension et du courant de leur points de raccordement par rapport à la puissance active et réactive injectées, et réappliquant ladite étape de calcul de l’état virtuel du modèle numérique en appliquant lesdites consignes de supervision modifiées. Advantageously, the method for supervising an electrical system according to the first aspect of the invention may comprise at least one local energy source equipped with a remote reading means, and an acquisition of the active and reactive powers at the level of these sources. local energy sources, the step of calculating the virtual state further determining a virtual state of a digital model of the electrical system at the current instant, by modifying the active and reactive power setpoints at the level of said sources of energy by considering the sensitivity of the voltage and current of their connection points with respect to the active and reactive power injected, and reapplying said step of calculating the virtual state of the digital model by applying said modified supervision instructions.
Selon un deuxième aspect de l’invention, il est proposé un dispositif de supervision d’un système électrique comportant des moyens d’acquisition configurés pour acquérir les différentes données mises en œuvre dans une etape d un procédé selon I une quelconque des revendications precedentes, des moyens de calcul configurés pour effectuer les calculs effectués par les étapes de calcul dudit procédé et des moyens d’actionnement configurés pour appliquer les différentes consignes de supervision dudit procédé. According to a second aspect of the invention, there is proposed a device for supervising an electrical system comprising acquisition means configured to acquire the various data implemented in a step of a method according to any one of the preceding claims, calculation means configured to perform the calculations performed by the calculation steps of said method and actuating means configured to apply the various supervision instructions of said method.
Selon un troisième aspect de l’invention, il est proposé un système électrique comportant un dispositif de supervision dudit système électrique conforme au deuxième aspect de l’invention. According to a third aspect of the invention, an electrical system is proposed comprising a device for supervising said electrical system in accordance with the second aspect of the invention.
Selon un dernier aspect de l’invention, il est proposé un produit programme d’ordinateur, téléchargeable depuis un réseau de communication et/ou stocké sur un support lisible par ordinateur et/ou exécutable par un microprocesseur, et chargeable dans une mémoire interne d’une unité de calcul, comportant des instructions de code de programme qui, lorsqu’elles sont exécutées par l’unité de calcul, mettent en œuvre les étapes du procédé selon le premier aspect de l’invention, ou l’un ou plusieurs de ses perfectionnements. According to a final aspect of the invention, a computer program product is proposed, downloadable from a communication network and/or stored on a computer-readable medium and/or executable by a microprocessor, and loadable into an internal memory of a computing unit, comprising program code instructions which, when executed by the computing unit, implement the steps of the method according to the first aspect of the invention, or one or more of its improvements.
Description des figures Description of figures
D’autres avantages et particularités de l’invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée de mises en œuvre et de modes de réalisation nullement limitatifs, au regard de dessins annexés sur lesquels : Other advantages and particularities of the invention will appear on reading the detailed description of implementations and in no way limiting embodiments, with regard to the appended drawings in which:
- [Fig. 1] Figure 1 représente schématiquement un système selon un mode de réalisation de l’invention, - [Fig. 1] Figure 1 schematically represents a system according to one embodiment of the invention,
- [Fig. 2] Figure 2 représente schématiquement un procédé selon un mode de réalisation de l’invention, - [Fig. 2] Figure 2 schematically represents a method according to one embodiment of the invention,
- [Fig. 3] Figure 3 représente plus précisément l’une des étapes du procédé représenté sur Figure 2. - [Fig. 3] Figure 3 represents more precisely one of the steps of the process shown in Figure 2.
Description de modes de réalisation Description of embodiments
Les modes de réalisation décrits ci-après n’étant nullement limitatifs, on pourra notamment considérer des variantes de l’invention ne comprenant qu’une sélection de caractéristiques décrites, par la suite isolées des autres caractéristiques décrites, si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l’invention par rapport à l’état de la technique antérieure. Cette sélection comprend au moins une caractéristique, de preference fonctionnelle sans details structurels, ou avec seulement une partie des détails structurels si cette partie uniquement est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l’invention par rapport à l’état de la technique antérieure. The embodiments described below being in no way limiting, variants of the invention may in particular be considered comprising only a selection of characteristics described, subsequently isolated from the other characteristics described, if this selection of characteristics is sufficient. to confer a technical advantage or to differentiate the invention from the state of the prior art. This selection includes at least one characteristic, preferably functional without structural details, or with only part of the structural details if only this part is sufficient to confer a technical advantage or to differentiate the invention from the state of the prior art.
Sur les figures un élément apparaissant sur plusieurs figures conserve la même référence. In the figures an element appearing in several figures retains the same reference.
Figure 1 illustre un exemple de réalisation d’un système 1 selon l’invention.Figure 1 illustrates an embodiment of a system 1 according to the invention.
Le système selon l’invention comportant un système électrique 100 et un dispositif de supervision 200 selon l’invention du système électrique 100. The system according to the invention comprising an electrical system 100 and a supervision device 200 according to the invention of the electrical system 100.
La présente description utilise les notions de domaines haute tension niveau B (HTB), haute tension niveau A (HTA), aussi appelée moyenne tension, et basse tension (BT). This description uses the notions of high voltage level B (HVB), high voltage level A (HV), also called medium voltage, and low voltage (LV) domains.
En France, le domaine de la haute tension niveau B vise des tensions supérieures à 50 kV. In France, the level B high voltage field targets voltages above 50 kV.
En France, le domaine de la haute tension niveau A vise des tensions supérieures à 1 kv et inférieures à 50 kv. In France, the level A high voltage field targets voltages greater than 1 kv and less than 50 kv.
En France, le domaine de la basse tension vise des tensions inférieures à 1000V. In France, the low voltage field targets voltages below 1000V.
Des délimitations similaires de plages de tensions existant dans d’autres pays, on se référera à la norme applicable aux réseaux électriques de transport et de distribution pour délimiter les différents domaines. Since similar delimitations of voltage ranges exist in other countries, reference should be made to the standard applicable to electrical transmission and distribution networks to delimit the different areas.
Par exemple, aux États-Unis, ces trois domaines sont respectivement visés par les termes high voltage, medium voltage, et low voltage. Plus précisément, la norme ANSI C84.1 -1989 sépare les sous-domaines de la manière suivante : high voltage, pour domaine de tension de 69 kV à 230 kV, medium voltage, pour le domaine de tension de 600 V à 69 kV, low voltage pour les tensions inférieures à 600 V. For example, in the United States, these three areas are referred to respectively as high voltage, medium voltage, and low voltage. More precisely, the ANSI C84.1 -1989 standard separates the sub-domains as follows: high voltage, for the voltage range from 69 kV to 230 kV, medium voltage, for the voltage range from 600 V to 69 kV, low voltage for voltages below 600 V.
Par transformateur de tension de moyenne à basse tension, la présente description vise un transformateur adapté pour transformer une tension du domaine de la moyenne tension en une tension du domaine de la basse tension. Selon le vocabulaire de l’homme du métier, le transformateur de tension de moyenne à basse tension est raccordé et à un tableau secondaire de distribution de niveau A du côté du domaine de la haute tension niveau A, et à un tableau principal de distribution de basse tension du cote du domaine de la basse tension. En France, le transformateur de tension de moyenne à basse tension est aussi désigné par transformateur HTA/BT par l’homme du métier. By medium to low voltage voltage transformer, the present description aims at a transformer suitable for transforming a voltage in the medium voltage domain into a voltage in the low voltage domain. According to the vocabulary of those skilled in the art, the medium to low voltage voltage transformer is connected both to a level A secondary distribution board on the side of the level A high voltage domain, and to a board main low voltage distribution side of the low voltage area. In France, the medium to low voltage voltage transformer is also referred to as MV/LV transformer by those skilled in the art.
Le réseau électrique est alimenté d’une part par au moins un transformateur de haute à moyenne tension, et d’autre part par une pluralité de sources d’énergie locales. Dans la présente description, le terme local signifie que la source est raccordée sur le domaine de tension HTA ou BT The electrical network is supplied on the one hand by at least one high to medium voltage transformer, and on the other hand by a plurality of local energy sources. In this description, the term local means that the source is connected to the MV or LV voltage range
Par transformateur de haute à moyenne tension, la présente description vise un transformateur adapté pour transformer une tension du domaine de la haute tension en une tension du domaine de la moyenne tension. Selon le vocabulaire de l’homme du métier, le transformateur de tension de haute à moyenne tension est raccordé et à un poste de livraison de niveau B du côté du domaine de la haute tension niveau B, et à un tableau principal de distribution de haute tension de niveau A du côté du domaine de la haute tension de niveau A. En France, le transformateur de haute à moyenne tension est aussi désigné par transformateur HTB/HTA par l’homme du métier. By high to medium voltage transformer, the present description aims at a transformer suitable for transforming a voltage in the high voltage domain into a voltage in the medium voltage domain. According to the vocabulary of those skilled in the art, the high to medium voltage voltage transformer is connected both to a level B delivery station on the level B high voltage domain side, and to a main high voltage distribution board. level A voltage on the side of the level A high voltage domain.
Par nature d’une source d’énergie locale, la présente description vise, de manière non limitative, les sources d’énergie éolienne, photovoltaïque connectées au réseau. La présente description envisage aussi la restitution d’énergie au réseau par un véhicule électrique, qui est alors vu comme une source d’énergie. By nature of a local energy source, this description aims, in a non-limiting way, at wind and photovoltaic energy sources connected to the network. This description also considers the return of energy to the network by an electric vehicle, which is then seen as a source of energy.
Le système électrique 100 comporte : The electrical system 100 includes:
- deux transformateurs de haute à moyenne tension, respectivement 1022 et 1024, disposés au sein d’un poste électrique HTB/HTA référencé 102, aussi appelé poste source, - two high to medium voltage transformers, respectively 1022 and 1024, arranged within an HTB/MV substation referenced 102, also called a source substation,
- trois transformateurs de moyenne à basse tension, respectivement 1042, 1044 et 1046, - three medium to low voltage transformers, respectively 1042, 1044 and 1046,
- deux charges, respectivement 1062 et 1064, - two charges, respectively 1062 and 1064,
- un réseau électrique 108, fonctionnellement disposé entre les deux transformateurs de haute à moyenne tension, respectivement 1022 et 1024, et les deux charges, respectivement 1062 et 1064, - an electrical network 108, functionally arranged between the two high to medium voltage transformers, respectively 1022 and 1024, and the two loads, respectively 1062 and 1064,
- une source d’énergie renouvelable de type éolien 110, - a renewable energy source such as wind power 110,
- trois interrupteurs télécommandés 1122, 1124, 1126., 12 interrupteurs télécommandés, un interrupteur en tete de depart HTA + deux interrupteurs en ligne (1128 et 1146) + interrupteur du JdB HTA 1126 + interrupteur transformateur 1122 et 1124. - three remote-controlled switches 1122, 1124, 1126., 12 remote-controlled switches, a switch at the MV starting head + two in-line switches (1128 and 1146) + MV panel switch 1126 + transformer switch 1122 and 1124.
Bien entendu, il peut y avoir un ou plusieurs transformateurs de haute à moyenne tension, deux ou plusieurs transformateurs de moyenne à basse tension, une ou plusieurs charges, etc. Of course, there may be one or more high to medium voltage transformers, two or more medium to low voltage transformers, one or more loads, etc.
La source d’énergie renouvelable de type éolien 110 n’est pas nécessaire à la mise en œuvre de l’invention et n’est introduite que pour illustrer une source locale d’énergie. The wind-type renewable energy source 110 is not necessary for the implementation of the invention and is only introduced to illustrate a local source of energy.
Le réseau électrique 108 est alimenté d’une part par les deux transformateurs de haute à moyenne tension, respectivement 1022 et 1024 The electrical network 108 is supplied on the one hand by the two high to medium voltage transformers, respectively 1022 and 1024
Plus précisément, les interrupteurs télécommandés 1122 et 1124 sont normalement fermés (mais représentés normalement ouverts dans le schéma), et conduisent le courant depuis le transformateur 1022, respectivement 1024, vers un tableau principal de distribution HTA 1082, respectivement 1084. More precisely, the remote-controlled switches 1122 and 1124 are normally closed (but represented normally open in the diagram), and carry the current from the transformer 1022, respectively 1024, towards a main MV distribution board 1082, respectively 1084.
L’interrupteur télécommandé 1126 est normalement ouvert. Toutefois, il est possible de reconfigurer le réseau, en fermant l’interrupteur 1126 dès lors que l’un des deux interrupteurs 1122 ou 1124 est ouvert. Le tableau principal de distribution HTA 1082, respectivement 1084, peut alors être alimenté par un autre transformateur. Remote switch 1126 is normally open. However, it is possible to reconfigure the network, by closing switch 1126 as soon as one of the two switches 1122 or 1124 is open. The main MV distribution board 1082, respectively 1084, can then be supplied by another transformer.
Le réseau électrique est en outre alimenté par la source d’énergie renouvelable de type éolien 110. À cet effet, la source d’énergie renouvelable est raccordée au tableau principal de distribution HTA 1082. The electrical network is also powered by the wind-type renewable energy source 110. For this purpose, the renewable energy source is connected to the main HTA 1082 distribution board.
Chacun des transformateurs, respectivement 1042, 1044, de haute à moyenne tension est raccordée au poste électrique 102 par l’intermédiaire de ligne HTA, aussi appelée départ HTA, disposée entre le transformateur et le tableau principal de distribution 1082 ou 1084. Each of the transformers, respectively 1042, 1044, from high to medium voltage is connected to the substation 102 via the HTA line, also called the HTA start, arranged between the transformer and the main distribution board 1082 or 1084.
Chacune des charges électriques, respectivement 1062 et 1064, est raccordée à un tableau principal de distribution basse tension, 1082, respectivement 1084, par l’intermédiaire d’un transformateur, respectivement 1042, 1044, de haute à basse tension. Each of the electrical loads, respectively 1062 and 1064, is connected to a main low voltage distribution board, 1082, respectively 1084, via a transformer, respectively 1042, 1044, from high to low voltage.
Une charge pilotable 1267, par exemple un chauffe-eau électrique ou un véhicule électrique, peut être également raccordée au tableau principal de distribution 1084 par I intermediaire du transformateur 1042 de haute a basse tension. A controllable load 1267, for example an electric water heater or an electric vehicle, can also be connected to the main switchboard. distribution 1084 through the intermediary of the transformer 1042 from high to low voltage.
Une charge pilotable est un équipement dont l’alimentation peut être décalée dans le temps. Un ballon eau chaude sanitaire, un radiateur électrique, une batterie de véhicule électrique, une pompe à chaleur de piscine est un exemple de charge pilotable. A controllable load is equipment whose power supply can be shifted over time. A domestic hot water tank, an electric radiator, an electric vehicle battery, a swimming pool heat pump is an example of a controllable load.
La charge peut être pilotable au moyen d’instructions spécifiques adressées via un système de supervision, ce pilotage prendra en compte l’état du réseau. The load can be controlled by means of specific instructions sent via a supervision system, this control will take into account the state of the network.
Le transformateur 1046 de haute à basse tension est raccordé au tableau principal 1084 de distribution HTA par l’intermédiaire d’un tableau secondaire 1086 de distribution basse tension. The high to low voltage transformer 1046 is connected to the main MV distribution board 1084 via a secondary low voltage distribution board 1086.
Comme cela est représenté, des productions photovoltaïques, sur toiture résidentielle ou parc de production, respectivement 1265 et 1266, peuvent faire partie du réseau. As shown, photovoltaic productions, on residential roofs or production parks, respectively 1265 and 1266, can form part of the network.
Comme représenté sur la figure, le réseau électrique comporte encore un autre interrupteur télécommandé 1128 (normalement ouvert) agencé pour choisir sélectivement l’alimentation en énergie de la charge 1162 parmi deux départs HTA. As shown in the figure, the electrical network also includes another remote-controlled switch 1128 (normally open) arranged to selectively choose the energy supply to the load 1162 from two MV outgoing lines.
Comme cela est illustré par les différents triangles sur la figure, le système électrique 100 comporte en outre des moyens de comptage ou télémesure.As illustrated by the various triangles in the figure, the electrical system 100 further comprises counting or telemetry means.
Ces moyens de comptages peuvent être disposés au niveau d’une source, comme le moyen 1142, au niveau d’un départ HTA comme le moyen 1144, ou encore au niveau d’une charge comme les moyens 1146 et 1148, respectivement associés à la charge 1064 et 1062. These metering means can be arranged at a source, such as means 1142, at an MV outgoing level such as means 1144, or even at a load such as means 1146 and 1148, respectively associated with the load 1064 and 1062.
On peut noter que le compteur 1148 peut être de type compteur électronique et indiquer un index de consommation. It can be noted that the counter 1148 can be of the electronic counter type and indicate a consumption index.
Le moyen de télérelève peut être filaire, par exemple par utilisation d’une ligne téléphonique ou par utilisation du courant porteur en ligne. Alternativement, le moyen de télérelève peut être sans fil, par exemple utilisation d’une technologie de type GSM, pour l’anglais Global System for Mobile communications. The remote reading means can be wired, for example by using a telephone line or by using the carrier current online. Alternatively, the remote reading means can be wireless, for example using a GSM type technology, for English Global System for Mobile communications.
Toutefois, certaines charges, non représentées, peuvent ne pas disposer de moyen de télérelève. However, some loads, not shown, may not have remote reading means.
Le dispositif de supervision 200 comporte : - des moyens d acquisition 202 configures pour acquérir des données provenant du système électrique 100, The supervision device 200 comprises: - acquisition means 202 configured to acquire data from the electrical system 100,
- des moyens de calcul 204 configurés pour effectuer des calculs pour déterminer des consignes de supervision qui vont être présentées ultérieurement, - calculation means 204 configured to perform calculations to determine supervision instructions which will be presented later,
- des moyens d’actionnement 206 configurés pour appliquer les différentes consignes de supervision au système électrique 100. - actuating means 206 configured to apply the various supervision instructions to the electrical system 100.
Le dispositif de supervision 200 est souvent appelé système de contrôle et d’acquisition de données ou SCADA, pour l’anglais Supervisory Control And Data Acquisition. The supervision device 200 is often called a Supervisory Control and Data Acquisition or SCADA system.
La particularité de l’invention réside notamment dans la configuration des moyens de calculs pour déterminer les consignes de supervision. The particularity of the invention lies in particular in the configuration of the calculation means for determining the supervision instructions.
Selon une possibilité, le dispositif de supervision 200 peut en outre comporter des moyens de réception 208 (non représenté) de tarification de l’électricité.According to one possibility, the supervision device 200 can also comprise reception means 208 (not shown) for electricity pricing.
Selon une possibilité avantageuse, les moyens de calcul 204 peuvent être configurés pour mettre en œuvre des outils d’intelligence artificielle (par exemple des réseaux de neurones, de la logique floue) pour déterminer les consignes de supervision à partir d’un procédé selon l’invention, et/ou de tarification de l’électricité récupérées par les moyens de réception 208. According to an advantageous possibility, the calculation means 204 can be configured to implement artificial intelligence tools (for example neural networks, fuzzy logic) to determine the supervision instructions from a method according to the invention, and/or pricing of the electricity recovered by the receiving means 208.
En référence à Figure 2, il est représenté un exemple de procédé P1 de supervision selon l’invention. Referring to Figure 2, there is shown an example of supervision method P1 according to the invention.
Le procédé P1 comporte une étape d’acquisition E1 . The method P1 includes an acquisition step E1.
L’étape d’acquisition E1 comporte les étapes suivantes, mises en œuvre via les moyens d’acquisition 202 : The acquisition step E1 comprises the following steps, implemented via the acquisition means 202:
- acquisition E11 de valeurs efficaces moyennées, sur un intervalle de temps prédéterminé (classiquement 10 minutes), de la puissance active au niveau des transformateurs de haute à moyenne tension 1022 et 1024,- acquisition E11 of average effective values, over a predetermined time interval (typically 10 minutes), of the active power at the level of the high to medium voltage transformers 1022 and 1024,
- acquisition E12 de valeurs, sur l’intervalle de temps prédéterminé, des puissances actives et réactives, de la tension et du courant, au niveau d’une partie au moins des sources d’énergie locales, via le moyen de mesure 1142, - acquisition E13 de valeurs, sur I intervalle de temps predetermine, actives de la tension et du courant au niveau de départs du transformateur de haute à moyenne tension, via les moyens de mesure 1144, - acquisition E12 of values, over the predetermined time interval, of the active and reactive powers, of the voltage and of the current, at the level of at least part of the local energy sources, via the measuring means 1142, - acquisition E13 of values, over a predetermined time interval, active values of the voltage and of the current at the feeder level of the high to medium voltage transformer, via the measuring means 1144,
- optionnellement, acquisition E14 de valeurs, sur l’intervalle de temps prédéterminé, des puissance active et réactive, de la tension et du courant au niveau d’un premier sous-ensemble de la partie, chacune des charges électriques du premier sous-ensemble étant équipée d’un moyen de télérelève, ou plus généralement d’un capteur de consommation, via le moyen de mesure 1148, - optionally, acquisition E14 of values, over the predetermined time interval, of the active and reactive power, of the voltage and of the current at the level of a first subset of the part, each of the electrical loads of the first subset being equipped with a remote reading means, or more generally with a consumption sensor, via the measuring means 1148,
- optionnellement, acquisition E15 de l’historique des données de comptage d’énergie sur un second intervalle de temps de chacune des charges électriques n’appartenant pas au premier sous-ensemble,- optionally, acquisition E15 of the energy metering data history over a second time interval for each of the electrical loads not belonging to the first subset,
- optionnellement, reconstitution et enregistrement E16 dans une mémoire de la courbe temporelle de charge de chacune des charges électriques du second sous-ensemble, le calcul de consignes de supervision prenant en compte d’une part les données acquises et d’autre part les courbes temporelles. - optionally, reconstitution and recording E16 in a memory of the temporal load curve of each of the electrical loads of the second subset, the calculation of supervision instructions taking into account on the one hand the acquired data and on the other hand the curves temporal.
Le procédé P1 comporte une étape E2 de détermination d’un modèle numérique à l’instant courant du système électrique, à partir des données acquises au cours de l’étape E1 et de détermination de consignes de supervision (des outils d’intelligence artificielle permettent de consolider les résultats et de s’affranchir de données manquantes et/ou erronées). The method P1 comprises a step E2 of determining a digital model at the current instant of the electrical system, from the data acquired during the step E1 and of determining supervision instructions (artificial intelligence tools allow consolidate the results and eliminate missing and/or erroneous data).
Le procédé P1 comporte une étape E3 comportant une application numérique virtuelle des consignes de supervision au modèle numérique à l’instant courant. En sortie de l’étape E3, il est ainsi déterminé un état virtuel du modèle numérique à un instant ultérieur à partir d’un modèle numérique à l’instant courant du système électrique. The method P1 comprises a step E3 comprising a virtual digital application of the supervision instructions to the digital model at the current instant. At the output of step E3, a virtual state of the digital model at a later time is thus determined from a digital model at the current time of the electrical system.
Le procédé P1 comporte une étape E4 de vérification de la conformité de l’état virtuel à un instant ultérieur avec le domaine d’exploitation du réseau.The method P1 includes a step E4 of verifying the compliance of the virtual state at a later time with the network operating domain.
Le domaine d’exploitation du réseau est l’espace en plan de tension, contraintes thermiques des lignes et des transformateurs à l’intérieur duquel le réseau électrique peut fonctionner en sécurité. Si le réseau électrique est mis en exploitation en dehors de son domaine d exploitation, sa structure risque d etre endommagée, voire détruite. The network operating domain is the space in terms of voltage, thermal constraints of lines and transformers within which the electrical network can operate safely. If the electrical network is switched on operating outside its area of operation, its structure risks being damaged or even destroyed.
Si l’état virtuel à un instant ultérieur ainsi calculé s’inscrit dans le domaine d’exploitation du réseau, le procédé P1 se poursuit par une étape E5 comportant une application des consignes de supervisions au système électrique 100.If the virtual state at a later time thus calculated falls within the network operating domain, the method P1 continues with a step E5 comprising an application of the supervision instructions to the electrical system 100.
La consigne de supervision peut être appliquée à une charge, à une source d’énergie ou à un stockage d’énergie. The supervision setpoint can be applied to a load, an energy source or an energy storage.
Avantageusement, la consigne de supervision peut être une consigne de modulation de puissance. La modulation de puissance peut, par exemple, être une consigne d’effacement. Une charge, une source, ou un stockage peuvent être effacés. Advantageously, the supervision setpoint can be a power modulation setpoint. The power modulation can, for example, be a shedding instruction. A load, a source, or a storage can be erased.
Si l’état du réseau virtuel à un instant ultérieur ainsi calculé ne s’inscrit pas dans le domaine d’exploitation du réseau, le procédé P1 se poursuit par une étape E6 de détermination de consignes de supervisions modifiées. If the state of the virtual network at a subsequent time thus calculated does not fall within the network operating domain, the method P1 continues with a step E6 of determining modified supervision setpoints.
L’étape E6 est alors poursuivie par l’étape E3, qui comporte alors une application numérique des consignes de supervision modifiée au modèle numérique à l’instant courant. Step E6 is then continued by step E3, which then includes a digital application of the supervision setpoints modified to the digital model at the current instant.
Les consignes de supervision peuvent comprendre des consignes de commande de l’état des interrupteurs. Il est ainsi possible de reconfigurer le réseau électrique. The supervision instructions can include instructions for controlling the state of the switches. It is thus possible to reconfigure the electrical network.
Les consignes de supervision peuvent comprendre des consignes de commande de l’état de sources d’énergie locales. Les consignes de commandes peuvent par exemple comprendre des consignes pour écrêter l’état d’une source d’énergie renouvelable. Par source d’énergie renouvelable, la présente description désigne, par exemple, une source éolienne, photovoltaïque, de petite hydraulique (au fil de l’eau), ou de déchet, par valorisation des déchets par exemple méthanisation. The supervision setpoints can include setpoints for controlling the state of local energy sources. The command instructions can for example include instructions for clipping the state of a renewable energy source. By renewable energy source, this description designates, for example, a wind, photovoltaic, small hydropower source (over the water), or waste, by waste recovery, for example anaerobic digestion.
Lorsque le système électrique comporte au moins un dispositif de stockage, les consignes de supervision peuvent alors comprendre des consignes de commande de l’état d’au moins un dispositif de stockage. When the electrical system includes at least one storage device, the supervision instructions can then include instructions for controlling the state of at least one storage device.
En sortie de l’étape E3, il est ainsi déterminé un nouvel état virtuel du modèle numérique à un instant ultérieur à partir de l’état courant et des consignes modifiées. La vérification de l’étape E4 est alors effectuée. Avec le procédé P1 selon I invention, le reseau electnque est modélisé selon un niveau de granularité très fin, et il est possible de délivrer différentes consignes de supervision, telles que des consignes de modulation de puissance, de commande de l’état des interrupteurs, de commande de l’état des sources d’énergie locales ou encore de commande de l’état d’au moins un dispositif de stockage. At the output of step E3, a new virtual state of the digital model is thus determined at a later time from the current state and the modified setpoints. The verification of step E4 is then performed. With the method P1 according to the invention, the electrical network is modeled according to a very fine level of granularity, and it is possible to deliver various supervision instructions, such as power modulation instructions, control of the state of the switches, controlling the state of the local energy sources or even controlling the state of at least one storage device.
Figure 3 illustre plus précisément le fonctionnement la partie de l’étape E2 de détermination de consignes de supervision. Figure 3 illustrates more precisely the operation of the part of step E2 for determining supervision instructions.
L’étape E2 comporte une première sous-étape E20 de détermination d’un modèle numérique à l’instant courant du système électrique, à partir des données acquises au cours de l’étape E1. Les données acquises à l’étape E1 peuvent être consolidées et il est possible de s’affranchir de données manquantes et/ou erronées. Plusieurs techniques classiques basées sur l’IA (pour Intelligence Artificielle) existent. Elles ne sont pas plus décrites, car elles ne font pas l’objet de l’invention. Step E2 includes a first sub-step E20 of determining a digital model at the current instant of the electrical system, from the data acquired during step E1. The data acquired in step E1 can be consolidated and it is possible to overcome missing and/or erroneous data. Several classic techniques based on AI (for Artificial Intelligence) exist. They are not further described, because they are not the subject of the invention.
Selon une deuxième sous-étape E21 de l’étape E2, le procédé comporte une détermination de l’écart entre des données représentatives de l’état du système électrique issues du modèle numérique à l’instant courant et une prévision de l’état du système électrique à l’instant courant. According to a second sub-step E21 of step E2, the method comprises a determination of the difference between data representative of the state of the electrical system resulting from the digital model at the current instant and a forecast of the state of the current electrical system.
Les données représentatives de l’état du système électrique à l’instant courant proviennent de l’étape E1 et comportent notamment : The data representative of the state of the electrical system at the current time comes from step E1 and includes in particular:
- les valeurs efficaces moyennées acquises, sur un intervalle de temps prédéterminé, de la tension et du courant au niveau du transformateur de haute à moyenne tension, - the average effective values acquired, over a predetermined time interval, of the voltage and the current at the level of the high to medium voltage transformer,
- les valeurs acquises, sur ledit intervalle de temps prédéterminé, actives de la tension et du courant au niveau de départs dudit transformateur de haute à moyenne tension. - the acquired values, over said predetermined time interval, of the active voltage and current at the feeder level of said high to medium voltage transformer.
La prévision de l’état du système électrique à l’instant courant peut être réalisée selon diverses méthodes, dont l’une est détaillée ci-après. The forecast of the state of the electrical system at the current instant can be carried out according to various methods, one of which is detailed below.
La sous-étape E21 comporte en outre l’étape de comparaison suivante :Sub-step E21 further includes the following comparison step:
- si ledit écart est inférieur ou égal à un seuil prédéterminé, sélection d’un premier mode, si ledit écart est supérieur audit seuil predetermine, selection d un second mode. - if said difference is less than or equal to a predetermined threshold, selection of a first mode, if said difference is greater than said predetermined threshold, selection of a second mode.
Typiquement, le seuil prédéterminé est de l’ordre de 5 %. Typically, the predetermined threshold is around 5%.
Lorsque le premier mode M1 est sélectionné, les consignes de supervision sont déterminées, dans une sous-étape E22, à partir d’un profil de charge prédéterminé Po comportant une série de consignes de supervision. Le profil de charge prédéterminé peut être réalisé selon diverses méthodes, dont l’une est détaillée ci-après. When the first mode M1 is selected, the supervision setpoints are determined, in a sub-step E22, from a predetermined load profile Po comprising a series of supervision setpoints. The predetermined load profile can be achieved by various methods, one of which is detailed below.
Lorsque le second mode M2 est sélectionné, les consignes de supervision sont déterminées, dans une sous-étape E23, à partir des valeurs actives acquises de la tension et du courant au niveau du transformateur de haute à moyenne tension ainsi que l’état de charge estimé des VE/BEC. When the second mode M2 is selected, the supervision setpoints are determined, in a sub-step E23, from the acquired active values of the voltage and of the current at the level of the high to medium voltage transformer as well as the state of charge estimated VE/BEC.
Dans le cadre particulier de charges pilotables de type véhicule électrique et ballon d’eau chaude, l’état de charge peut être estimé, pour les véhicules électriques, en fonction de leurs temps de charge et des taux d’utilisation des clients modélisés par des lois normales, tandis que pour les ballons d’eau chaude, l’état de charge est estimé à partir de besoins énergétiques déterminé à partir de statistique de besoins en chaude des clients. In the particular context of controllable loads of the electric vehicle and hot water tank type, the state of charge can be estimated, for electric vehicles, according to their charging times and customer utilization rates modeled by normal laws, while for hot water tanks, the state of charge is estimated from energy needs determined from customer hot demand statistics.
La logique floue décrit l’état de ces différentes grandeurs par des fonctions d’appartenance et un ensemble de règles est défini afin de maximiser la charge des VE/BEC pendant les périodes de refoulement et la limiter dans le cas inverse. Enfin, une couche supplémentaire s’assure bien de satisfaire les besoins énergétiques journaliers des VE/BEC en forçant la charge si nécessaire. La couche supplémentaire permet de garantir une charge d’un véhicule électrique pour un horaire prédéterminé, par exemple au plus tard pour 6h30 pour les véhicules chargés aux domiciles et 15 heures pour ceux chargés sur les lieux de travail, si le temps de charge estimé est de 4h00. The fuzzy logic describes the state of these different quantities by membership functions and a set of rules is defined in order to maximize the load of the VE/BEC during the backflow periods and limit it in the opposite case. Finally, an additional layer makes sure to meet the daily energy needs of the VE/BEC by forcing the load if necessary. The additional layer makes it possible to guarantee charging of an electric vehicle for a predetermined time, for example no later than 6:30 a.m. for vehicles charged at homes and 3 p.m. for those charged at workplaces, if the estimated charging time is from 4:00 a.m.
La prévision des puissances au poste source peut être réalisée à l’aide de réseaux de neurones artificiels utilisant l’historique de mesures et des paramètres météo pour établir des corrélations et prédire les valeurs futures.Power forecasting at the source substation can be carried out using artificial neural networks using the history of measurements and weather parameters to establish correlations and predict future values.
Ces prévisions permettent par la suite de déterminer les profils de charge des charges pilotables à l’aide d’un algorithme d’optimisation classique. Celui-ci a pour objectif de minimiser le coût d’acheminement d’énergie avec la contrainte d assurer les besoins energetiques des charges pilotables avant la fin de la journée. Les profils de charge obtenus sont communiqués enfin au système de supervision pour être utilisés dans la sous-étape E22. These forecasts then make it possible to determine the load profiles of the controllable loads using a conventional optimization algorithm. The purpose of this is to minimize the cost of transporting energy with the constraint to meet the energy needs of the controllable loads before the end of the day. The load profiles obtained are finally communicated to the supervision system to be used in the sub-step E22.
Un tel algorithme d’optimisation peut par exemple être l’optimisation quadratique successive permettant de résoudre un problème d’optimisation non linéaire. Such an optimization algorithm can for example be the successive quadratic optimization making it possible to solve a nonlinear optimization problem.
Les entrées de l’algorithme sont le profil de puissance prévu au poste source et des données nécessaires à un calcul de coût d’acheminement d’énergies, telles que la puissance souscrite, des coefficients tarifaires, etc. The inputs to the algorithm are the power profile provided for the source substation and the data required to calculate the energy delivery cost, such as the subscribed power, tariff coefficients, etc.
Les sorties sont les profils de charges des charges pilotables. The outputs are the load profiles of the controllable loads.
La fonction objectif à minimiser est le coût d’acheminement d’énergie journalier, sous contraintes d’un chargement complet des charges pilotables avant des heures limites prédéterminées. The objective function to be minimized is the cost of daily energy transmission, subject to the constraints of a full charge of the controllable loads before predetermined deadlines.
Bien sûr, l’invention n’est pas limitée aux exemples qui viennent d’être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l’invention. De plus, les différentes caractéristiques, formes, variantes et modes de réalisation de l’invention peuvent être associés les uns avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où ils ne sont pas incompatibles ou exclusifs les uns des autres. Of course, the invention is not limited to the examples which have just been described and many adjustments can be made to these examples without departing from the scope of the invention. In addition, the different features, forms, variants and embodiments of the invention may be associated with each other in various combinations insofar as they are not incompatible or exclusive of each other.

Claims

Revendications Procédé de supervision d’un système électrique (100) comprenant un réseau électrique (108) alimenté par au moins un transformateur de haute à moyenne tension (1022, 1024), et des charges électriques (1062, 1064...) alimentées par l’intermédiaire de transformateurs de moyenne à basse tension (1042, 1044, 1046) et comportant au moins une charge pilotable, et des sources d’énergie locales (110), ledit procédé de supervision comportant les étapes suivantes : Claims Method for supervising an electrical system (100) comprising an electrical network (108) supplied by at least one high to medium voltage transformer (1022, 1024), and electrical loads (1062, 1064...) supplied by medium to low voltage transformers (1042, 1044, 1046) and comprising at least one controllable load, and local energy sources (110), said supervision method comprising the following steps:
- acquisition (E11 ) de valeurs efficaces moyennées, sur un intervalle de temps prédéterminé, de la tension et du courant au niveau des transformateurs de haute à moyenne tension afin d’en calculer les puissances actives et réactives, - acquisition (E11 ) of average rms values, over a predetermined time interval, of the voltage and current at the high to medium voltage transformers in order to calculate their active and reactive powers,
- acquisition (E12) de valeurs efficaces moyennées, sur ledit intervalle de temps prédéterminé, de la tension et du courant à la tête de chaque départ raccordé aux transformateurs de haute à moyenne tension afin d’en calculer les puissances actives et réactives, - acquisition (E12) of average rms values, over said predetermined time interval, of the voltage and current at the head of each feeder connected to the high to medium voltage transformers in order to calculate their active and reactive powers,
- détermination (E13) de l’écart entre les acquisitions (E11 ) et (E12) à un instant courant et une prévision préalable de ces grandeurs, et réalisation de la comparaison suivante : o si ledit écart est inférieur ou égal à un seuil prédéterminé, sélection d’un premier mode (M1 ), o si ledit écart est supérieur audit seuil prédéterminé, sélection d’un second mode (M2), - determination (E13) of the difference between the acquisitions (E11) and (E12) at a current instant and a prior forecast of these quantities, and carrying out the following comparison: o if said difference is less than or equal to a predetermined threshold , selection of a first mode (M1), o if said difference is greater than said predetermined threshold, selection of a second mode (M2),
- une étape de calcul - a calculation step
(E2) de consignes de supervision des charges pilotables, lesdites consignes de supervision étant déterminées à l’instant courant, o (E22) : dans le premier mode sélectionné, à partir d’un profil de puissance global des charges pilotables, qui a été prédéterminé en fonction des prévisions de puissance au niveau des transformateurs de haute à moyenne tension o (E23) : dans le deuxième mode sélectionné, à partir des valeurs acquises (E11 ) à l’instant courant de la puissance au niveau des transformateurs de haute a moyenne tension et a partir de l’état de charge des charges pilotables, le procédé comportant en outre une étape préalable à une étape d’application (E5) au système électrique desdites consignes de supervision résultant dudit calcul, comprenant les étapes de : (E2) controllable load supervision setpoints, said supervision setpoints being determined at the current instant, o (E22): in the first selected mode, from an overall power profile of the controllable loads, which has been predetermined according to the power forecasts at the level of the high to medium voltage transformers o (E23): in the second selected mode, from the values acquired (E11) at the current instant of the power at the level high to medium voltage transformers and from the state of charge of the controllable loads, the method further comprising a step prior to a step of applying (E5) to the electrical system said supervision instructions resulting from said calculation, comprising the steps of:
- calculer - calculate
(E3) un état virtuel d’un modèle numérique du système électrique à l’instant courant en appliquant les consignes de supervision calculées, ledit état virtuel étant représenté par les tensions et courants estimés aux points de connexion des transformateurs de moyenne à basse tension et des sources d’énergie locales à partir des acquisitions effectuées en (E12) et des propriétés électriques dudit modèle numérique, et réalisation de la comparaison (E3) a virtual state of a digital model of the electrical system at the current time by applying the calculated supervision instructions, said virtual state being represented by the estimated voltages and currents at the connection points of the medium to low voltage transformers and local energy sources from the acquisitions made in (E12) and the electrical properties of said numerical model, and carrying out the comparison
(E4) suivante : o si l’état virtuel ainsi calculé s’inscrit dans le domaine d’exploitation du réseau, appliquer (E4) following: o if the virtual state thus calculated falls within the network's operating domain, apply
(E5) lesdites consignes de supervision, o sinon, modifier (E6) lesdites consignes de supervision en considérant la sensibilité de la tension et du courant des points de raccordement des transformateurs de moyenne à basse tension par rapport à la puissance des charges raccordées en aval, et réappliquer ladite étape de calcul de l’état virtuel du modèle numérique en appliquant lesdites consignes de supervision modifiées. Procédé de supervision d’un système électrique (100) selon la revendication précédente, comportant en outre les étapes suivantes :(E5) said supervision setpoints, o if not, modify (E6) said supervision setpoints by considering the sensitivity of the voltage and current of the connection points of the medium to low voltage transformers in relation to the power of the loads connected downstream , and reapplying said step of calculating the virtual state of the digital model by applying said modified supervision instructions. Method for supervising an electrical system (100) according to the preceding claim, further comprising the following steps:
- acquisition (E14) de valeurs, sur ledit intervalle de temps prédéterminé, des puissances actives et réactives, au niveau d’un premier sous-ensemble du système, chacune des charges électriques et des sources d’énergie locales dudit premier sous-ensemble étant équipée d’un moyen de télérelève, - acquisition (E14) of values, over said predetermined time interval, of the active and reactive powers, at the level of a first subset of the system, each of the electrical loads and of the local energy sources of said first subset being equipped with a means of remote reading,
- acquisition (E15) de l’historique des données de comptage d’énergie sur un second intervalle de temps de chacune des charges électriques et des sources d energie locales n appartenant pas au premier sous- ensemble. Procédé de supervision selon la revendication précédente, dans lequel les charges électriques d’un deuxième sous-ensemble de la partie de charges électriques sont dépourvues de capteur ou de moyen de télérelève, le procédé comportant une étape additionnelle (E16) de reconstitution et d’enregistrement dans une mémoire de la courbe temporelle de puissance de chacune desdites charges électriques du second sous-ensemble, ledit calcul de consignes de supervision prenant en compte d’une part lesdites données acquises et d’autre part lesdites courbes temporelles. Procédé de supervision d’un système électrique (100) selon l’une des revendications précédentes, comportant au moins une source d’énergie locale équipée d’un moyen de télérelève, et une acquisition (E14) des puissances actives et réactives au niveau de ces sources d’énergie, l’étape de calcul de l’état virtuel (E3) déterminant en outre un état virtuel d’un modèle numérique du système électrique à l’instant courant, en modifiant les consignes de puissance active et réactive au niveau desdites sources d’énergie en considérant la sensibilité de la tension et du courant de leur points de raccordement par rapport à la puissance active et réactive injectées, et réappliquant ladite étape de calcul de l’état virtuel du modèle numérique en appliquant lesdites consignes de supervision modifiées. Dispositif de supervision (200) d’un système électrique (100) comportant des moyens d’acquisition (202) configurés pour acquérir les différentes données mises en œuvre dans une étape d’un procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, des moyens de calcul (204) configurés pour effectuer les calculs effectués par les étapes de calcul dudit procédé et des moyens d’actionnement (206) configurés pour appliquer les différentes consignes de supervision dudit procédé. - acquisition (E15) of the history of the energy metering data over a second time interval of each of the electrical loads and local energy sources not belonging to the first subset. Supervision method according to the preceding claim, in which the electric loads of a second subset of the part of electric loads do not have a sensor or remote reading means, the method comprising an additional step (E16) of reconstitution and recording in a memory of the temporal power curve of each of said electrical loads of the second subset, said calculation of supervision instructions taking into account on the one hand said acquired data and on the other hand said temporal curves. Method for supervising an electrical system (100) according to one of the preceding claims, comprising at least one local energy source equipped with remote reading means, and an acquisition (E14) of the active and reactive powers at the level of these energy sources, the step of calculating the virtual state (E3) further determining a virtual state of a digital model of the electrical system at the current instant, by modifying the active and reactive power setpoints at the level of said energy sources by considering the sensitivity of the voltage and current of their connection points with respect to the active and reactive power injected, and reapplying said step of calculating the virtual state of the digital model by applying said supervision instructions modified. Supervision device (200) of an electrical system (100) comprising acquisition means (202) configured to acquire the various data implemented in a step of a method according to any one of the preceding claims, means (204) configured to perform the calculations performed by the calculation steps of said method and actuating means (206) configured to apply the various supervision instructions of said method.
6. Système électrique (100) comportant un dispositif de supervision (200) dudit système électrique selon la revendication précédente. 6. Electrical system (100) comprising a supervision device (200) of said electrical system according to the preceding claim.
7. Produit programme d’ordinateur, téléchargeable depuis un réseau de communication et/ou stocké sur un support lisible par ordinateur et/ou exécutable par un microprocesseur, et chargeable dans une mémoire interne d’une unité de calcul, comportant des instructions de code de programme qui, lorsqu’elles sont exécutées par l’unité de calcul, mettent en œuvre les étapes du procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes de procédé de supervision d’un système électrique. 7. Computer program product, downloadable from a communication network and/or stored on a computer-readable medium and/or executable by a microprocessor, and loadable into an internal memory of a calculation unit, comprising code instructions programs which, when they are executed by the computing unit, implement the steps of the method according to any one of the preceding claims for the method of supervising an electrical system.
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